От сенсора в ЦОД или сразу в облако?

Под девизом «вертикальная интеграция» технология Industrial Ethernet поначалу развивалась на административном уровне, то есть там, где данные, поступающие от производственных систем и оборудования, вливаются в общую ERP-систему предприятия. Вышележащие управляющие системы (SCADA) и компьютеры были интегрированы в сеть и поставляли надежные данные для оптимизации управления производством и оборудованием. На следующем этапе в гетерогенную сеть был интегрирован уровень управления, что позволило получить доступ не только к эксплуатационным параметрам, но и к распределенным программируемым контроллерам (SPS) и промышленным ПК (Industrial PC, IPC). Благодаря этому важному шагу пользователи получили возможность реализовать простую и прозрачную систему автоматизации без необходимости осуществлять коммуникации через дополнительные интерфейсы (см. Рисунок 1).

Рисунок 1. Преимущества вертикальной интеграции для пользователей.

В результате управление данными и приложениями в сети автоматизации оказалось таким же надежным, как управление элементами ИТ. Таким образом, убраны все препоны на пути к централизованному размещению приложений автоматизации в ЦОД. Правда, пока среди облачных сервисов подобные приложения отсутствуют — этой идее еще предстоит завоевать поддержку у специалистов по автоматизации и руководителей предприятий.

С распространением решений для реализации полевых шин на базе Ethernet, таких как Profinet, Ethernet/IP, Sercos3, Ethercat и др., появилась возможность для подключения конечных устройств автоматизации непосредственно в производственных цехах. Обычно ставка делается на ту же самую базовую технологию, а именно Ethernet, как это описывается в стандарте IEEE 802.3. Над ней надстраиваются специализированные протоколы — лишь немногие решения для промышленных сетей Ethernet предполагают адаптацию стандартного решения посредством проприетарной электроники. Теперь уже ничто не препятствует широкому распространению устройств для автоматизации на базе Ethernet. Закономерно, что владельцы промышленных объектов все чаще переходят с традиционных, зачастую чересчур специализированных и медленных промышленных сетей на стандарт Ethernet.

ПРИЛОЖЕНИЯ И УСТРОЙСТВА В СЕТИ

Особенно интересны разнообразные задачи, с которыми можно столкнуться в сети автоматизации производства. Прежде всего следует упомянуть множество всевозможных «искателей» и «собирателей» данных, предназначенных для наполнения производственных баз данных и баз данных качества продукции. Еще одна важная задача сети — передача данных и команд управления выше- и нижележащим системам автоматизации. Внутри этого автоматизационного или сетевого объединения и осуществляются функции управления, где приводы, сенсоры и актуаторы напрямую обращаются к системам. При этом сеть занимает совершенно особое положение, а точка доступа к сети приобретает ключевую роль.

Порой отдельно взятый пользователь сети (конечное устройство для автоматизации производства) может иметь большое значение для функционирования всей системы автоматизации, так что сетевой доступ должен быть реализован с учетом очень высоких требований к его доступности. Значение архитектуры и топологии сети при этом существенно повышается.

НЕРВНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ

Очень наглядной иллюстрацией является, к примеру, все более широкое использование визуальных систем для промышленных роботов, для управления которыми графическая информация передается с сетевых камер по гигабитному каналу. Видеоданные с размещенных в разных точках камер (зрительные сенсоры) поступают на мощный сервер Vision Server. Последний взаимодействует через ту же сеть непосредственно с системой управления роботом, которая, в свою очередь, передает команды управления движением робота на отдельные регуляторы привода, расположенные на каждой оси. Легко представить, что произойдет, если в таком приложении возникнут сетевые или коммуникационные ошибки. Чтобы предотвратить потенциальные проблемы, сетевая инфраструктура реализуется таким образом, чтобы соответствовать высоким требованиям к доступности систем. Положительный опыт в сфере создания проводных сетей для конкретных задач вносит решающий вклад в повышение надежности сети.

БЕЗ СОЕДИНЕНИЙ RJ45, M12 И ВОЛОКНА НЕ ОБОЙТИСЬ

Для удовлетворения требований в отношении пространственной протяженности и надежности сетей, а также стабильности передачи данных, в сфере промышленных приложений используются и волоконно-оптические, и медные инфраструктуры. Из доступного ассортимента сетевых компонентов всегда можно выбрать подходящее решение, при этом неважно, требуется ли преодолеть большие расстояния, предотвратить переход напряжения на корпус, проложить кабельные тракты через сильно загрязненные зоны или разместить сетевые компоненты на подвижных деталях производственного оборудования.

Поскольку, в отличие от кабельных соединений в офисных или жилых зданиях, сетевые компоненты в сетях промышленной автоматизации не подключаются к компьютерной розетке. В зависимости от целей их использования они либо подсоединяются при помощи устанавливаемых в полевых условиях разъемов, либо собираются в распределителях посредством адаптеров для направляющего рельса шин. Главное, чтобы все компоненты были пригодны для промышленного использования. В наиболее суровых средах возникает необходимость в дополнительных специализированных защитных корпусах, закрывающих соединительные разъемы (штекеры RJ и волоконно-оптические соединения), или же операторы производственных сетей сразу применяют пригодные для промышленных сред круглые соединители типа M12 для Ethernet.

Рисунок 2. Штекер Ethernet M12 8 типа X Категории 6А по стандарту IEC/PAS 610076-2-109.

Штекерное соединение типа M12 код D в четырехполюсном исполнении до сих пор широко используется в сетях автоматизации, а его повсеместному применению препятствует лишь ограниченная пригодность — исключительно для Fast Ethernet (Категории 5). Правда, несколько месяцев назад на горизонте забрезжил свет: как заявляется, новое четырехпарное соединение M12 типа X позволяет поддерживать потоки данных с более высокой скоростью (на уровне гигабитных технологий), а при соответствующей конструкции и компоновке — и ширину полосы пропускания до 00 МГц с Категорией 6_А (см. Рисунок 2).

ETHERNET M12 ДЛЯ ГИГАБИТНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

С помощью этого метода наконец-то можно реализовать функцию «зрения» для робота посредством высоконадежного штекерного соединения М12 типа Х непосредственно на визуальном сенсоре. Система легко обеспечит требуемую скорость передачи данных. При использовании гигабитных технологий приложение для управления роботом будет работать быстро и надежно, и уже ничто не помешает следующим инновационным решениям по улучшению автоматизации.

Для повышения международного признания стандарт М12 типа Х был зафиксирован в соответствующих стандартах. Его распространению способствует также тот факт, что, помимо международных нормативов, ставку на этот тип штекерных соединений уже делают организации пользователей промышленных сетей, в частности европейская организация PNO. Таким образом, сделан еще один важный шаг на пути удовлетворения требований относительно конвергентного использования сетевой инфраструктуры.

Уве Айзенманн — внештатный сотрудник компании BTR Netcom (в области маркетинга промышленных сетей).